CN115647754A - 一种深腔薄壁零件加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深腔薄壁零件加工方法，解决了此类零件加工过程中刀具震颤、排屑不畅、加工变形难以控制、加工效率低、切削液不易进入切削部位的技术问题，加工方法包括来料检查、外形轮廓加工、去余量、时效处理、精加工A、B向光面、精加工C、D向框面、成品检验。本发明提供的一种深腔薄壁零件加工方法，通过优化零件加工的顺序以及参数来保证零件精度与表面质量要求，解决以往零件加工时质量不稳定、弹刀铣伤零件、震纹等频繁出现的问题，本方法以高精度高效率高稳定性为目的加工出高质量产品，实现类似零件的批产加工高质量稳定加工。

Description

一种深腔薄壁零件加工方法

技术领域

本发明涉及航空零件加工技术领域，具体涉及一种深腔薄壁零件加工方法。

背景技术

随着航空事业的飞速发展，复杂薄壁零件在飞机结构件中应用得越来越广泛，零件结构复杂、精度要求日益提高等因素，给飞机零件的加工带来了巨大的挑战，对零件的制造工艺提了新的要求。如图2、图3所示为某型号飞机铝合金结构件，零件结构复杂，属于薄壁深腔结构，精度要求高，去除余量大，材料易变形，其精度直接影响所装配飞机的装配精度。采用传统的加工方法来加工此类零件存在着刀具震颤、排屑不畅、加工变形难以控制、加工效率低、切削液不易进入切削部位等问题，影响加工质量，甚至导致零件报废。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深腔薄壁零件加工方法，以解决现有技术中的此类零件加工过程中刀具震颤、排屑不畅、加工变形难以控制、加工效率低、切削液不易进入切削部位的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种深腔薄壁零件加工方法，包括如下步骤：

S1,来料检查；

S2，外形轮廓加工：使用三坐标机床侧顶装夹铣削零件A向光面和B向光面两基准面，加工出零件最大外形轮廓，并且制出螺栓孔与粗基准孔保证后续加工的装夹与定位；

S3，去余量：在三坐标机床上设计使用背板工装装夹零件，加工零件C向框面、D向框面，去除零件大余量；

S4，时效处理：时效处理，降低零件的残余应力，避免零件在精加工过程中产生变形；

S5，精加工A、B向光面：三坐标机床精加工零件A向光面、B向光面，精铣基准面以及基准孔，保证基准面与基准孔垂直度以及A向光面、B向光面平行度；

S6，精加工C、D向框面：五坐标机床精加工零件C向框面、D向框面，为避免重复装夹定位导致精度误差，采用侧向加工C向框面、D向框面，一次性整体加工保证零件整体公差以及各精孔之间的形位公差要求；

S7，成品检验：检验成品的各项指标。

具体的，步骤S2中外形轮廓加工具体步骤为：采用长方体铝合金材料7050进行对上下光面粗加工，采用侧顶装夹加工零件A向光面和B向光面两基准面，保证基准面平面度以及平行度在0.05mm以内，同时制出粗基准孔和螺栓孔，为后续零件精加工提供定位基准，沿零件最大外轮廓铣削，去除多余毛坯料，粗加工A向光面和B向光面异型面，留单边余量2mm，在沿零件最大外轮廓加工时，提前在零件拐角处预钻孔，避免铣刀在经过拐角时吃刀量过大，提高刀具使用寿命。

具体的，步骤S3中去余量的具体步骤为：将背板工装通过背板工装螺栓孔锁紧螺栓安装于机床工作台面上，之后在背板工装上基准孔位置安装销钉，利用千分表找到销钉圆心作为零件坐标原点X、Y、Z，以销钉定位零件基准孔，将零件安装于背板工装上，完成背板工装的安装，粗加工零件C向框面、D向框面。

具体的，步骤S4中时效处理具体步骤为：将零件放置于时效台面上，通过自然时效来释放零件粗加工时内部产生的残余应力，让零件充分形变，提高零件的批量生产的质量稳定性，在零件时效完成后，侧顶装夹加工零件基准面，保证零件基准面平面度公差在0.05mm以内。

具体的，步骤S5中精加工A、B向光面具体步骤为：先对零件整体进行半精加工，单边留余量1mm，之后再进行精加工，保证零件加工时切削力稳定，降低刀具磨损；在加工零件上表面时，同时对基准面与基准孔（5）进行精加工，保证零件基准面与基准孔（5）垂直度在0.02mm以内。

具体的，步骤S6精加工C、D向框面具体步骤为：在精加工之前对零件进行半精加工，将零件余量控制在0.5～1.0mm，零件精加工主要选用直径12底角R6的球刀以及直径20底角R3斜度4°的锥度刀来加工零件型面，利用直径12底角R6的球刀加工大部分型面，剩余的底角由直径20底角R3斜度4°锥度刀来进行加工，选择使用镗孔刀来进行加工孔，在镗孔之前预先将镗孔位置余量清理至0.2mm，采用边镗孔边测量的方式，使用三爪内径千分尺，在镗孔的过程中检测孔的尺寸。

具体的，步骤S7中成品检验具体步骤为：在零件刚加工完成还未拆卸时，对加工完成的零件使用一般测量工具简单对零件外观和重要尺寸进行初步检测，确保零件无明显的尺寸超差和外观瑕疵；第二步拆下零件送入三坐标测量机，保证零件在转运过程中不发生磕碰，对零件复杂形状表面轮廓尺寸以及零件的同轴度、直线度、圆柱度等几何元素进行高精度测量；第三步使用专用测量工具检测对零件外观和零件所有尺寸进行全部检测，确保零件所有尺寸均符合公差要求。

具体的，所述背板工装开设若干固定孔，还开设有与零件轮廓一致的凹槽。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

1.本方案通过粗加工、半精加工、精加工的方式将零件余量控制在可控范围内，并通过预清大余量部位来保证刀具切削时各部分余量稳定，避免了刀具震颤而引起零件表面质量不稳定的情况。

2.本方案通过时效处理释放零件开粗时所产生的内应力，然后在精加工时通过工装加强零件整体刚性，保证零件在加工过程中的变形在可控范围内，避免了因加工变形而引起零件质量不稳定的情况。

本方案通过背板工装的使用，将原本需要多工序五坐标机床加工的零件优化至单工序三坐标机床加工，既节省了多工序所产生的装夹装配时间，又避免了因多个工序重复装夹而产生的装夹误差，大大提高了零件的加工效率。

3.本方案通过优化工艺台结构，将工艺台设计为开放式结构，在保证零件整体刚性的前提下，既能够使零件内应力更好的释放，又保证了切削液能够进入各个切削位置，避免了粘刀现象的产生和因切削热堆积而产生热变形的情况。

4.本方案深腔薄壁零件的加工方法，通过优化零件加工的顺序以及参数来保证零件精度与表面质量要求，解决以往零件加工时质量不稳定、弹刀铣伤零件、震纹等频繁出现的问题。本方法以高精度高效率高稳定性为目的加工出高质量产品，实现类似零件的批产加工高质量稳定加工。

附图说明

图1是本发明整个加工流程的详细步骤框图；

图2是本发明零件正视图；

图3为本发明零件俯视图；

图4为背板工装与零件装配正视图；

图5为背板工装与零件装配侧视图；

图6为背板工装与零件装配俯视图；

图7为精加工专用工装正视图；

图8为精加工专用工装俯视图；

图9为精加工专用工装与零件装配正视图；

图10为精加工专用工装与零件装配侧视图；

图11为精加工专用工装与零件装配俯视图；

图12为零件外形切削路径以及预钻孔位。

图中，1-A向光面，2-B向光面，3-C向框面，4-D向框面，5-基准孔，6-螺栓孔，7-工艺台，8-背板工装螺栓孔，9-背板工装基准孔。

具体实施方式

如图1-12，一种深腔薄壁零件加工方法，包括如下步骤：

S1,来料检查；

S2，外形轮廓加工：使用三坐标机床侧顶装夹铣削零件A向光面1和B向光面2两基准面，加工出零件最大外形轮廓，并且制出螺栓孔6与粗基准孔5保证后续加工的装夹与定位；

S3，去余量：在三坐标机床上设计使用背板工装装夹零件，加工零件C向框面3、D向框面4，去除零件大余量；

S4，时效处理：时效处理，降低零件的残余应力，避免零件在精加工过程中产生变形；

S5，精加工A、B向光面：三坐标机床精加工零件A向光面1、B向光面2，精铣基准面以及基准孔5，保证基准面与基准孔5垂直度以及A向光面1、B向光面2平行度；

S6，精加工C、D向框面：五坐标机床精加工零件C向框面3、D向框面4，为避免重复装夹定位导致精度误差，采用侧向加工C向框面3、D向框面4，一次性整体加工保证零件整体公差以及各精孔之间的形位公差要求；

S7，成品检验：检验成品的各项指标。

进一步，步骤S2中外形轮廓加工具体步骤为：采用长方体铝合金材料7050进行对上下光面粗加工，采用侧顶装夹加工零件A向光面1和B向光面2两基准面，保证基准面平面度以及平行度在0.05mm以内，同时制出粗基准孔5和螺栓孔6，为后续零件精加工提供定位基准，沿零件最大外轮廓铣削，去除多余毛坯料，粗加工A向光面1和B向光面2异型面，留单边余量2mm，在沿零件最大外轮廓加工时，提前在零件拐角处预钻孔，避免铣刀在经过拐角时吃刀量过大，提高刀具使用寿命。

进一步，步骤S3中去余量的具体步骤为：如图4所示，将背板工装通过背板工装螺栓孔6锁紧螺栓安装于机床工作台面上，在安装过程中保证工装长方向上直线度不大于0.05mm、工装底面平面度不大于0.05mm，之后在背板工装上基准孔5位置安装销钉，在安装后检查销钉紧固程度，确保销钉能够承受加工时造成的一部分冲击力而不至于产生移位，利用千分表找到销钉圆心作为零件坐标原点X、Y、Z，以销钉定位零件基准孔5，将零件安装于背板工装上，完成背板工装的安装，后续加工需要将零件翻面加工时，保证程序坐标系位于销钉上，则不需要重新找正零件加工坐标系，降低重复找正加工坐标系带来的误差，粗加工零件C向框面3、D向框面4。

进一步，在本示例中零件工艺台7在保证足够的结构刚性前提下，尽可能的减少工艺台7的搭建，零件长方向上最外端搭建工艺台制作基准孔5以保证零件加工基准的准确性，零件中部异形孔搭建工艺台7作为主要支撑来保证零件中部区域不会因为切削力导致零件变形影响整体加工尺寸。

进一步，步骤S4中时效处理具体步骤为：将零件放置于时效台面上，通过自然时效来释放零件粗加工时内部产生的残余应力，让零件充分形变，提高零件的批量生产的质量稳定性，在零件时效完成后，使用压板侧顶装夹零件，保证零件在自然状态下放平，铣削零件基准面，修面去除量应大于零件可能发生的变形量，一般在1mm~2mm，同时零件基准面平面度公差也要在0.05mm以内，避免零件下一工序由于底面基准面不平导致零件精加工完成拆卸固定螺钉后，基准面回弹影响最终零件成品。

进一步，步骤S5中精加工向光面具体步骤为：零件A向光面1、B向光面2在粗加工中由于刀具每刀切深3mm，加工后的零件表面会呈现3mm落差的台阶现象，为避免在加工时刀具经过这些台阶时切削量不均匀的情况，可以先用直径25底角R1.6合金刀片刀半精加工去除台阶现象，之后再进行精加工，可以很好的控制刀具切削量，提高零件表面质量降低刀具磨损，保证零件加工时切削力稳定，降低刀具磨损；在加工零件上表面时，同时对基准面与基准孔5进行精加工，保证零件基准面与基准孔5垂直度在0.02mm以内，与底面基准面平行度在0.05mm以内，实现零件从粗基准过渡到精基准，同时消除粗加工带来的应力变形，保证零件后续加工时基准一致，保证零件精加工尺寸，提高零件加工稳定性，从而降低零件加工时产生的质量问题。

进一步，步骤S6精加工向框面具体步骤为：在精加工之前对零件进行半精加工，将零件余量控制在0.5～1.0mm，零件精加工主要选用直径12底角R6的球刀以及直径20底角R3斜度4°的锥度刀来加工零件型面，利用直径12底角R6的球刀加工大部分型面，剩余的底角由直径20底角R3斜度4°锥度刀来进行加工，选择使用镗孔刀来进行加工孔，在镗孔之前预先将镗孔位置余量清理至0.2mm，采用边镗孔边测量的方式，使用三爪内径千分尺，在镗孔的过程中检测孔的尺寸。

进一步，其特征在于，步骤S7中成品检验具体步骤为：在零件刚加工完成还未拆卸时，对加工完成的零件使用一般测量工具简单对零件外观和重要尺寸进行初步检测，确保零件无明显的尺寸超差和外观瑕疵；第二步拆下零件送入三坐标测量机，保证零件在转运过程中不发生磕碰，对零件复杂形状表面轮廓尺寸以及零件的同轴度、直线度、圆柱度等几何元素进行高精度测量；第三步使用专用测量工具检测对零件外观和零件所有尺寸进行全部检测，确保零件所有尺寸均符合公差要求。

进一步，所述精加工专用工装开设若干固定孔，还开设有与零件轮廓一致的凹槽。

Claims (8)

1.一种深腔薄壁零件加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1, 来料检查；

S2，外形轮廓加工：使用三坐标机床侧顶装夹铣削零件A向光面（1）和B向光面（2）两基准面，加工出零件最大外形轮廓，并且制出螺栓孔（6）与粗基准孔（5）保证后续加工的装夹与定位；

S3，去余量：在三坐标机床上设计使用背板工装装夹零件，加工零件C向框面（3）、D向框面（4），去除零件大余量；

S4，时效处理：时效处理，降低零件的残余应力，避免零件在精加工过程中产生变形；

S5，精加工A、B向光面：三坐标机床精加工零件A向光面（1）、B向光面（2），精铣基准面以及基准孔（5），保证基准面与基准孔（5）垂直度以及A向光面（1）、B向光面（2）平行度；

S6，精加工C、D向框面：五坐标机床精加工零件C向框面（3）、D向框面（4），为避免重复装夹定位导致精度误差，采用侧向加工C向框面（3）、D向框面（4），一次性整体加工保证零件整体公差以及各精孔之间的形位公差要求；

S7，成品检验：检验成品的各项指标。

2.根据权利要求1所述的一种深腔薄壁零件加工方法，其特征在于，步骤S2中外形轮廓加工具体步骤为：采用长方体铝合金材料7050进行对上下光面粗加工，采用侧顶装夹加工零件A向光面（1）和B向光面（2）两基准面，保证基准面平面度以及平行度在0.05mm以内，同时制出粗基准孔（5）和螺栓孔（6），为后续零件精加工提供定位基准，沿零件最大外轮廓铣削，去除多余毛坯料，粗加工A向光面（1）和B向光面（2）异型面，留单边余量2mm，在沿零件最大外轮廓加工时，提前在零件拐角处预钻孔，避免铣刀在经过拐角时吃刀量过大，提高刀具使用寿命。

3.根据权利要求1所述的一种深腔薄壁零件加工方法，其特征在于，步骤S3中去余量的具体步骤为：将背板工装通过背板工装螺栓孔（8）锁紧螺栓安装于机床工作台面上，之后在背板工装上基准孔（9）位置安装销钉，利用千分表找到销钉圆心作为零件坐标原点X、Y、Z，以销钉定位零件基准孔（5），将零件安装于背板工装上，完成背板工装的安装，粗加工零件C向框面（3）、D向框面（4）。

4.根据权利要求1所述的一种深腔薄壁零件加工方法，其特征在于，步骤S4中时效处理具体步骤为：将零件放置于时效台面上，通过自然时效来释放零件粗加工时内部产生的残余应力，让零件充分形变，提高零件的批量生产的质量稳定性，在零件时效完成后，侧顶装夹加工零件基准面，保证零件基准面平面度公差在0.05mm以内。

5.根据权利要求1所述的一种深腔薄壁零件加工方法，其特征在于，步骤S5中精加工A、B向光面具体步骤为：先对零件整体进行半精加工，单边留余量1mm，之后再进行精加工，保证零件加工时切削力稳定，降低刀具磨损；在加工零件上表面时，同时对基准面与基准孔（5）进行精加工，保证零件基准面与基准孔（5）垂直度在0.02mm以内。

6.根据权利要求1所述的一种深腔薄壁零件加工方法，其特征在于，步骤S6精加工向C、D框面具体步骤为：在精加工之前对零件进行半精加工，将零件余量控制在0.5～1.0mm，零件精加工主要选用直径12底角R6的球刀以及直径20底角R3斜度4°的锥度刀来加工零件型面，利用直径12底角R6的球刀加工大部分型面，剩余的底角由直径20底角R3斜度4°锥度刀来进行加工，选择使用镗孔刀来进行加工孔，在镗孔之前预先将镗孔位置余量清理至0.2mm，采用边镗孔边测量的方式，使用三爪内径千分尺，在镗孔的过程中检测孔的尺寸。

7.根据权利要求1所述的一种深腔薄壁零件加工方法，其特征在于，步骤S7中成品检验具体步骤为：在零件刚加工完成还未拆卸时，对加工完成的零件使用一般测量工具简单对零件外观和重要尺寸进行初步检测，确保零件无明显的尺寸超差和外观瑕疵；第二步拆下零件送入三坐标测量机，保证零件在转运过程中不发生磕碰，对零件复杂形状表面轮廓尺寸以及零件的同轴度、直线度、圆柱度等几何元素进行高精度测量；第三步使用专用测量工具检测对零件外观和零件所有尺寸进行全部检测，确保零件所有尺寸均符合公差要求。

8.根据权利要求1所述的一种深腔薄壁零件加工方法，其特征在于，所述精加工专用工装开设若干固定孔，还开设有与零件轮廓一致的凹槽。

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